GB/T 10781.1—2021《白酒质量要求 第1部分:浓香型白酒》中明确提出,泥窖是浓香型白酒生产的关键要素。窖泥的功能特性主要来自于挥发性风味化合物特征、微生态群落结构、理化性质参数3个核心因素之间的相互协同作用[1],特别是组学技术(如宏基因组、代谢组)和色谱技术(如气相色谱-质谱仪、气相色谱-嗅闻仪)的发展,让其核心细菌群落[如己酸菌属(Caproiciproducens)、梭菌属(Clostridium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、氢孢菌属(Hydrogenispora)、沉积微生物属(Sedimentibacter)、氨基酸杆菌属(Aminobacterium)等]与挥发性风味物质(己酸、己酸乙酯、乙酸乙酯)的关联性被更多地应用于窖泥质量评价[2],同时其核心细菌群落也显著受到窖泥主要理化指标调节[3],使之由传统感官和理化的单一评价转向多维度综合评估体系。但这些研究更多集中于窖泥自身“微生物-理化因子-风味物质”相关性分析,很少有将窖泥质量与其对应原酒品质结合进行分析评价的研究。
生产经验已证明窖泥对原酒品质有重要影响[4]。但前期研究发现,即便是同一企业相同窖龄的窖池,其窖泥在感官、理化、微生物等方面也存在明显差异,由此导致即使采用相同原料和相同工艺,其所产原酒品质仍有不同[5],可见窖泥是影响浓香型白酒产品稳定性及生产标准化的关键因素。前人大量研究表明产出优质原酒的窖池窖泥具有一定共性,如窖龄长、富含Caproiciproducens、Clostridium等促进己酸和己酸乙酯风味物质生成的细菌属[6-9]、pH值为4.0～6.5[10]、碳水化合物代谢活性高[11]、水分、速效钾、速效磷、氨态氮、钙含量适中[12-16]等,但窖泥具体是从哪些方面来影响原酒品质,影响原酒哪些品质,至今尚无定论。
目前,温度、水分、pH值、溶氧、速效氮磷钾含量、挥发性组分等在线监测技术已广泛用于土壤、化工等领域[17-21],但浓香型白酒窖池及窖泥的生产管理仍主要根据经验和感官感受[22],已有的定量快检技术也仅限于水分、pH值等少数指标[23-24],而智能酿造技术发展对浓香型白酒生产稳定性和标准化都提出了更高的要求[25]。本研究通过分析同一企业相同工艺和原料下窖池所产原酒与窖泥特性指标的相关性,揭示窖泥影响原酒感官品质的关键指标及其合理数值范围,为窖池质量管理的标准化提供思路,也为在线监测技术在浓香型白酒智能酿造中的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
来自15口窖池的窖泥及原酒,其中编号G1134、G14717、G1136、G311、G1156、G1165、G14817为窖龄38年窖池组,编号G234、G328、G21521、G21339、G26、G21621、G2430、G21622为窖龄23年窖池组;2-乙基丁酸(色谱纯),成都市科隆化学品有限公司。
1.2 仪器与设备
AR2130电子分析天平,德国赛多利斯集团;ECscan20电导率仪,般特公司;pHB-3便携式pH计,奥立龙公司;AGILENT 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪,美国安捷伦科技有限公司;OLB-211B摇床,济南爱来宝仪器设备有限公司;土壤氮磷钾传感检测仪,精讯畅通仪器公司。
1.3 实验方法
1.3.1 原酒感官品评
对15个酒样分别进行随机3位数编码,由11名长期从事浓香型白酒品评勾调的技术人员(其中5名为国家级评酒员),从色泽(10分)、香气(25分)、口味(50分)、风格(15分)4个方面分3轮次进行暗酒暗评,参考GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》,给出各项指标评分,取11人打分的平均值作为该项指标最终得分。
1.3.2 窖泥理化指标检测
5 g窖泥加入95 mL去离子水,制成1∶19(g∶mL)固液比的窖泥溶液,静置30 min后过滤溶液,舍弃10 mL初滤液,收集余下滤液。pH值、电导率分别用pH计、电导仪检测窖泥滤液;滴定酸参考GB 5009.239—2016《食品安全国家标准 食品酸度的测定》进行测定。
1.3.3 窖泥细菌区系组成研究
按照Fast DNATM Spin Kit for Soil试剂盒说明书提供的方法提取样品总DNA,电泳合格后送基因测序公司扩增其16S rDNA序列。过滤尾部质量值20以下的碱基及质控后50 bp以下的序列,再拼接,按最大错配比率0.2筛选不符合序列,对优化后的序列提取非重复序列,利用Usearch(vsesion 7.1)软件平台(http://drive5.com/uparse/),将相似性在97%以上的非重复序列(不含单序列)划为1个操作分类单位(operational taxonomic units,OTU)并聚类,在聚类过程中去除嵌合体,得到OTU的代表序列;将测序获得的所有OTU与Genbank(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)中的模式菌株对应序列比对,获取优势物种对应的分类单元(包括门纲目科属种)及其相应的丰度信息,将测序得到的微生物组成映射到数据库中,采用派森诺公司的云平台(https://www.bioincloud.tech/)进行相关性及冗余分析(redundancy analysis,RDA)等可视化分析。
1.3.4 挥发性成分检测
窖泥挥发性成分检测:准确称取2 g窖泥于20 mL顶空瓶中,加入磁力搅拌子、2 mL 内标(0.1 g/L的2-乙基丁酸)、1 g氯化钠晶体,60 ℃水浴平衡30 min后,插入PDMS/CAR萃取针萃取30 min,在色谱进样口解析5 min后通过GC-MS分析其挥发性成分。色谱及质谱条件为:使用DB-heavywax色谱柱(30 m×0.250 m),高纯氦气,流速0.8 mL/min,进样口温度为240 ℃,检测器温度为240 ℃,初始柱温40 ℃,保持3 min,以3 ℃/min升温至100 ℃,保持30 min,再以5 ℃/min升温至140 ℃,保持1 min,最后以10 ℃/min升温至240 ℃,保持1 min,260 ℃后运行20 min。EI电压70ev,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃,扫描参数30～350 amu。
原酒直接采用气相色谱检测,色谱条件同上,采用内标法通过混合标样定量分析。
1.4 数据分析
数据用WPS Office进行处理,采用SPSS 22.0进行单因素方差分析(one-way analysis of variance,one-way ANOVA),采用 GraphPad prism 9.4.1绘制图表,以P<0.05 表示差异显著。
2 结果分析
2.1 原酒风味特征
由表1可知,不同窖池所产原酒感官评分存在显著差异(P<0.05)。首先,窖龄越长对应原酒感官评分越高,38年窖池组原酒感官平均得分(80.27)明显比23年窖池组(76.95)更高,与老窖产好酒的基本理论一致。更重要的是,即使是相同窖龄,其所产原酒感官评分仍然存在显著差异(P<0.05),特别是窖香、粮香、爽、净是影响原酒感官评分的重要原因。在粮香感官得分方面,23年窖池组原酒既有最低分9.2±1.0,也有较高得分10.6±0.9,差异显著(P<0.05);38年窖池组原酒既有最高分11.2±0.8,也有较低的9.6±1.4,差异显著(P<0.05)。同理,窖香感官得分上也相同的得分趋势。
表1 原酒感官特征评分表 单位:分
Table 1 Sensory charicteristics scores of crude Baijiu
年份编号感官总分典型性酸甜爽净粮香窖香外观23年G2162172.0±8.4c12.2±1.3ab7.5±1.18.1±1.212.0±1.9ab11.6±1.9ab10.0±1.5b9.7±1.5c10.0G23478.0±6.5b10.7±1c7.0±1.07.4±1.311.3±1.8b10.9±1.6b9.2±1.0c9.6±1.0c10.0G32874.4±6.2c12.3±2.7ab8.0±1.28.4±1.512.0±2.5ab12.1±1.5a10.6±0.9ab11.0±1.5ab10.0G2152172.0±6.2c11.6±1.4b7.4±1.17.8±1.011.4±1.5b11.7±1.5ab10.2±1.1b10.0±1.0c10.0G2133981.9±6.8ab11.8±1.4b7.9±0.88.2±1.211.6±1.1ab11.3±1.3ab10.2±0.9b10.2±1.5bc10.0G2677.5±8.5b12.4±1.2ab7.5±1.18.5±0.711.7±1.0ab11.5±1.2ab10.1±0.7b10.2±1.1bc10.0G2162279.1±8.5b11.0±1.6c6.8±0.97.5±1.111.1±1.4b10.9±1.1b9.9±1.4b9.6±0.7c10.0G243080.7±5b11.5±1.8b7.0±1.57.8±1.211.3±2.1b11.4±2.1ab10.0±1.4b10.1±1.5bc10.038年G113678.3±6.1b11.9±1.2b7.5±1.47.8±1.211.5±1.2ab11.4±1.5b9.9±1.0b10.0±0.9c10.0G31185.5±6.9a12.8±0.9a7.6±1.48.3±1.011.9±1.6ab12.2±1.3a11.1±0.5a11.3±1.0ab10.0G1471779.0±5.1b11.4±1.2b7.2±1.27.6±1.211.3±1.1b11.0±1.5b9.6±1.4bc9.7±1.8c10.0G115677.5±6.7b12.1±1.4ab7.8±0.98.2±1.312.0±1.2ab11.8±1.3ab10.2±1.0b10.7±1.0b10.0G116581.7±5.5ab11.5±1.4b7.6±1.27.8±1.311.5±1.7ab11.0±1.5b9.7±0.6bc9.8±1.0c10.0G1481783.0±7.4a12.6±1.5ab7.7±1.18.4±0.812.5±1.3a12.2±1.5a10.9±0.9ab11.1±1.3ab10.0G113476.9±8b13.7±0.6a8.2±1.38.8±0.413.0±1.1a12.7±1.3a11.2±0.8a11.7±1.0a10.0
注:同一列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
另一方面,不同窖池原酒挥发性风味物质含量存在较大差异(图1),特别是乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯等浓香型白酒主体酯类挥发性风味物质差异显著(P<0.05),比如己酸乙酯含量为1.35～11.06 g/L,相差接近10倍;又比如,即使是同为38年窖龄窖池,乙酸乙酯含量既有样品中含量最低的(1.00 g/L),也有样品中含量最高的(8.11 g/L),且乙酸乙酯和乳酸乙酯呈现出类似的趋势。综上,考虑到企业所用粮食、酿造工艺基本一致,本研究认为原酒感官评分及挥发性风味物质含量的差异主要源于窖泥品质特性的差异。
图1 不同窖池原酒主要风味物质含量
Fig.1 Contents of main volatile flavor compounds in crude Baijiu from different pits
2.2 原酒风味与窖泥理化指标的相关性
各窖泥样品pH值、滴定酸、电导率、Ca2+、Fe3+及速效氮磷钾(N、P、K)含量如图2所示。pH值、滴定酸、电导率从不同侧面反映了窖泥中的离子分布状况,各窖泥样品pH值为3.26～6.86(均值为4.44),展示了不同窖池窖泥的明显差异,其中23年窖池组平均pH值(3.78)显著低于38年(5.25)窖池组(P<0.05)。前人研究表明,pH值和滴定酸是驱动窖泥细菌群落变化最大的非生物因素[26],pH值的波动可通过影响窖泥细菌群落生长代谢,进而影响窖泥生态功能,而细菌是窖泥生态功能的主要实施者,因此本研究推测本次实验不同窖池窖泥细菌群落存在明显差异。窖泥滴定酸及电导率的分布范围比pH值更宽,其中滴定酸0.19～2.66 mmol NaOH/10 g(均值为1.28 mmol NaOH/10 g),电导率245～1 232 μs/m(均值为775 μs/m),图3中也可知pH值、滴定酸、电导率三者并不在一条直线上,显然窖泥滴定酸与pH值或电导率并不是一一对应的关系,三者之间的数学模型还需要进一步研究,推测是由于窖泥中有机酸组成不同,且存在其他导电离子。
图2 窖泥主要理化指标分布情况
Fig.2 Scope of main physicochemical indicators of pit mud
图3 窖泥主要理化指标与原酒风味的相关性
Fig.3 Correlation between flavor quality of crude Baijiu and main physicochemical indicators of pit mud
窖泥Ca2+、Fe3+的平均含量分别为46、29 mg/kg,速效氮磷钾的平均含量分别为113、161、325 mg/kg,均可满足大部分微生物生长需求。进一步分析发现,23年窖池组窖泥速效氮磷钾平均含量(分别为110、155、312 mg/kg)与38年窖池组(分别为116、167、337 mg/kg)无显著性差异(P>0.05)。有趣的是,23年窖池组窖泥Fe3+和Ca2+平均含量(分别为13.88、20.25 mg/kg)显著低于38年窖池组(分别为46.57、75.00 mg/kg),主要原因是38年窖池组其中一个窖泥样品(G14717)Fe3+含量高达360 mg/kg,远高于总体平均值29 mg/kg,另一个窖泥样品(G1156)Ca2+的含量高达360 mg/kg,远高于总体平均值46 mg/kg,但这两口窖池并未体现出明显的退化特征,所产原酒感官评分与G311窖池(感官评分最高)也没有显著差异,这与已有研究认为窖泥中Ca2+、Fe3+可导致窖泥退化的结论有所不同[27],还需要通过长期生产数据监测来检验。
图3反映了这些理化指标与原酒风味的相关性。窖泥理化指标与窖池原酒感官品质之间存在相关性关系,其中滴定酸与原酒甲醇、乙酸、乳酸乙酯、糠醛等不良挥发性风味物质生成呈正相关,并与感官评定总分呈负相关。刘治国等[28]总结前人研究,发现随着窖龄的增加,窖泥微生物菌群代谢促进乙酸、丁酸、乳酸含量降低,
和己酸的含量增加,导致窖泥滴定酸含量降低和pH值增加,间接印证了本研究结果。电导率、速效氮磷钾与感官评定总分及多个感官评分指标呈正相关,其中电导率与正丙醇、仲丁醇等挥发性风味物质的生成呈正相关,速效氮与乳酸的生成正相关,速效磷与异戊醇的生成正相关,且与对应原酒的窖香评分正相关。有学者发现速效磷含量与梭状芽孢杆菌和甲烷杆菌的相对丰度呈正相关[7],吴浪涛等[6]也发现30年窖泥中速效磷和速效钾含量比10年窖泥更高,同样间接支持了本研究结果。与之相反,Ca2+与乙醛、乙缩醛等挥发性风味物质生成正相关,但与感官评分相关性较低。总体上,窖泥滴定酸和速效磷与窖池原酒感官评分和挥发性风味物质含量均呈现出较好的相关性和一致性,可能是窖泥质量评价的关键理化指标。
2.3 原酒风味与窖泥细菌组成的相关性
窖泥细菌及其组成是影响窖泥生态功能的关键指标[29]。从窖泥细菌组成来看(图4),即使是同样年份窖池,各窖池窖泥中的细菌区系仍存在明显差异,窖泥细菌平均相对丰度超过1%的属有21个,但仅Caproiciproducens和Hydrogenispora这2个属细菌平均相对丰度超过10%,分别为13.12%和11.34%,表明窖泥细菌多样性丰富,与前人研究基本一致[26]。
图4 窖泥细菌在属水平的组成情况
Fig.4 Bacterial community composition of pit mud at genus level
从原酒品质与窖泥细菌多样性的相关性来看(图5),一方面窖泥细菌多样性与爽、净、甜、窖香、粮香等感官评分均呈正相关,但与酸味感官评分相关性小;另一方面,窖泥细菌多样性与正丁醇、丁酸、己酸、仲丁醇、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、糠醛、甲醇、异戊醇、正丙醇、乙酸乙酯等物质含量呈正相关,特别是Shannon指数和Simpson指数与正丁醇的相关性达到显著水平(P<0.05)。LI等[30]研究发现原核生物α-多样性和β-多样性对窖泥质量有重要影响,然而本研究中窖泥细菌多样性对原酒风味品质影响不显著(P>0.05),推测可能是本研究所选窖池窖龄均超过20年,过长时间的生产驯化导致样品间细菌多样性差异较小,而其对正丁醇的显著影响可能因其他风味物质的协同作用而削弱。
a-细菌多样性指数比较;b-多样性指数与风味物质相关性分析
图5 窖泥细菌多样性及其与原酒风味的相关性
Fig.5 Correlation between flavor quality of crude Baijiu and bacteria diversity of pit mud
注:**,表示差异极显著P<0.01(下同)。
从原酒感官品质与窖泥优势细菌属相对丰度的相关性来看(图6),窖泥中的发酵单胞菌属(Fermentimonas)、Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens、厌氧孢杆菌属(Anaerosporobacter)、norank_f__Caloramatoraceae相对丰度与至少1项白酒感官评分指标相关性达到显著水平,其中,Fermentimonas与原酒的窖香、粮香、典型性及感官评分呈显著正相关(P<0.05),Caproiciproducens与原酒的酸味呈显著正相关(P<0.05),norank_f__Caloramatoraceae与窖香呈显著正相关(P<0.05);与之相反,Clostridium_sensu_stricto_12与原酒的典型性、爽及感官评分呈显著负相关(P<0.05),Anaerosporobacter与原酒的酸味及爽呈显著负相关(P<0.05)。
图6 窖泥优势种属细菌与原酒风味的相关性
Fig.6 Correlation between flavor quality of crude Baijiu and dominant bacteria genus in pit mud
注:*,表示差异显著P<0.05;**,表示差异极显著P<0.01;***,表示差异极显著P<0.001(下同)。
原酒挥发性风味物质含量与窖泥优势细菌属相对丰度展示了更紧密的相关性(图6)。首先,己酸乙酯、戊酸乙酯含量与Fermentimonas、Aminobacterium、norank_f__Caloramatoraceae、Christensenellaceae_R-7_group显著正相关(P<0.05),乳酸乙酯含量与norank_f__Caloramatoraceae、Christensenellaceae_R-7_group显著负相关(P<0.05),丁酸乙酯含量与Fermentimonas显著正相关(P<0.05)。其次,正丁醇含量与Caloribacterium显著正相关(P<0.05),异戊醇含量与unclassified_f__Lachnospiraceae、Eubacterium_fissicatena_group、Fermentimonas、Aminobacterium、Fastidiosipila、厌氧盐杆菌属(Anaerosalibacter)、热杆菌属(Caloribacterium)、产热杆菌属(Caldicoprobacter)、norank_f__norank_o__norank_c__Limnochordia、norank_f__norank_o__MBA03、Tepidimicrobium、碱杆菌属(Alkalibaculum)、Clostridium_sensu_stricto_14显著正相关(P<0.05),与互营乙酸菌属(Syntrophaceticus)显著负相关(P<0.05),仲丁醇含量与norank_f__norank_o__Proteinivoracales显著正相关(P<0.05),正丙醇含量与Clostridium_sensu_stricto_12显著负相关(P<0.05),与Fermentimonas、Fastidiosipila、norank_f__norank_o__Proteinivoracales、norank_f__norank_o__Limnochordales显著正相关(P<0.05),异丁醇含量与unclassified_f__Lachnospiraceae、Aminobacterium显著正相关(P<0.05)。与之对应的是,乙酸含量与Caproiciproducens显著负相关(P<0.05),己酸、丁酸含量与Clostridium_sensu_stricto_12显著负相关(P<0.05)。除此以外,糠醛含量与魏斯氏菌属(Weissella)、unclassified_f__Planococcaceae显著正相关(P<0.05),而甲醇、乙醛、乙缩醛、乙酸乙酯与窖泥细菌中各种属的相关性均不显著(P>0.05)。
总体上看,窖泥中Fermentimonas、Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens、norank_f__Caloramatoraceae等细菌属相对丰度既与原酒窖香、粮香、典型性等感官评分显著相关,也与原酒中己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、异戊醇、正丙醇、己酸、丁酸等主体挥发性风味物质含量显著相关,可能是窖泥质量评价的关键微生物指标。
2.4 原酒品质与窖泥挥发性成分的相关性
15个窖泥样品中一共检测到47种挥发性组分,其中在至少有1个样品中含量超过0.1 g/L的26个组分为己酸、辛酸、己酸乙酯、庚酸、辛酸乙酯、丁酸、庚酸乙酯、壬酸、3-甲基吲哚、己酸丙酯、正辛醇、壬酸乙酯、苯酚、正丁醇、对甲苯酚、丙二酸、正己醇、乙酸、苯甲醛、己酸己酯、戊酸、(1-甲基丁基)环氧乙烷、丙基丙二酸、2-羟基丙酸乙酯、癸酸乙酯、己酸戊酯,在至少有1个样品中含量超过0.5 g/L的挥发性组分有11种,如表2所示。平均含量排名前三的组分为己酸(7.74 g/L)、己酸乙酯(1.90 g/L)、己酸戊酯(0.85 g/L)。分组看,除丁酸和戊酸外,其余挥发性风味成分均为38年窖池组平均含量高于23年窖池组,但相同窖龄组样品之间的差异比组间差异更大。另外,分析发现己酸和己酸乙酯含量的相关性仅0.22,推测窖泥中己酸乙酯的生成,除己酸外还受其他多种因素的影响。
表2 窖泥主要挥发性成分含量 单位:g/L
Table 2 Contents of main volatile flavor compounds in pit mud
窖池编号己酸辛酸己酸乙酯庚酸辛酸乙酯丁酸庚酸乙酯对甲苯酚己酸戊酯戊酸癸酸乙酯G11345.79 1.84 1.33 0.77 0.18 0.11 0.10 0.000.000.000.00G11658.08 1.01 2.10 1.01 0.24 0.000.18 0.32 0.000.000.00G2346.76 0.56 0.29 0.59 0.000.19 0.02 0.24 0.30 0.22 0.00G31110.76 1.56 7.94 1.40 0.58 0.000.49 0.28 0.000.000.00G11568.02 1.80 3.06 1.23 0.34 0.000.26 0.44 0.58 0.000.00G213398.10 0.10 0.94 0.23 0.02 0.000.000.11 1.20 0.77 0.00G264.27 0.24 0.53 0.30 0.04 0.09 0.03 0.06 0.000.000.00G1471719.70 0.001.33 0.000.87 0.000.18 0.004.37 0.39 0.00G24305.89 0.003.06 0.47 0.32 0.000.37 0.21 2.05 0.000.03 G148174.79 1.52 1.45 1.28 0.000.000.26 2.10 1.64 0.000.00G215218.05 0.47 1.90 0.33 0.47 0.38 0.16 0.18 0.71 0.000.00G32811.26 0.87 1.86 0.89 0.26 0.22 0.19 0.001.62 0.000.01 G11364.19 0.27 0.22 0.44 0.06 0.000.05 0.11 0.000.15 0.56 G216213.22 0.19 2.06 0.16 0.000.07 0.06 0.05 0.15 0.06 0.01 G216227.21 0.42 0.41 0.32 0.08 0.000.05 0.11 0.15 0.20 0.01 23年平均值6.850.361.380.410.150.120.110.120.770.160.0138年平均值8.761.14 2.49 0.88 0.320.02 0.220.46 0.94 0.080.08 总体平均值7.740.72 1.90 0.63 0.23 0.07 0.17 0.28 0.85 0.12 0.04
窖泥挥发性成分与原酒风味品质的相关性如图7 所示。从窖泥挥发性成分与原酒感官评分相关性来看,窖泥中辛酸、庚酸、戊酸对原酒感官评分贡献较大,其中辛酸与原酒的窖香、粮香、净、爽、酸味均呈显著正相关(P<0.05),庚酸与原酒净、窖香显著正相关(P<0.05),戊酸与原酒的净、窖香、粮香、甜味显著负相关(P<0.05)。
图7 窖泥挥发性成分与原酒风味的相关性
Fig.7 Correlation between flavor quality of crude Baijiu and main volatile flavor compounds of pit mud
从窖泥挥发性成分与原酒挥发性风味物质含量相关性来看,窖泥中的辛酸、庚酸、戊酸、丁酸、癸酸乙酯、庚酸乙酯对原酒风味物质含量有显著影响,其中,窖泥庚酸与原酒己酸乙酯、戊酸乙酯含量呈显著正相关(P<0.05),窖泥辛酸含量与原酒中乙缩醛、乙醛、乙酸乙酯、己酸乙酯、戊酸乙酯含量显著正相关(P<0.05),与原酒中的乳酸乙酯含量显著负相关(P<0.05),窖泥戊酸与原酒乙酸乙酯、己酸乙酯、戊酸乙酯含量呈显著负相关(P<0.05),但窖泥中戊酸含量较低且多个样品在本实验条件下没有检出,其相关性还有待进一步检验。另外,丁酸与原酒乙醛含量呈显著正相关(P<0.05),癸酸乙酯与原酒乙酸含量呈显著正相关(P<0.05),庚酸乙酯与原酒甲醇含量呈显著正相关(P<0.05),其原因尚不清楚。总之,窖泥中辛酸和庚酸含量与窖池原酒风味品质呈现出显著相关性,可能是窖泥质量评价的关键感官指标。
3 结论与讨论
本研究选择同一企业15口老窖池,在相同酿造工艺和使用相同原料条件下,分析窖池窖泥理化指标、优势细菌种属及挥发性组分与对应窖池原酒风味品质的相关性,发现窖香、粮香、爽、净程度等感官评分是影响原酒感官品质的重要原因,其差异主要源于窖泥品质特性的差异;窖泥理化指标滴定酸和速效磷、窖泥Fermentimonas、Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens、norank_f__Caloramatoraceae细菌属相对丰度、窖泥中辛酸、庚酸含量,既与窖池原酒感官评分显著相关,也与原酒主体挥发性风味物质含量显著相关,可能是窖泥质量评价的关键指标。由于浓香型白酒不同窖池窖泥各类参数指标波动较大,下一步将继续在更多企业窖池进行验证、修正,建立更加合理的数学模型,开发相应的窖池传感设备,为窖池标准化生产管理及白酒数字化在线监测体系提供一些科学依据。
[1] SUN L J,ZHANG X F,LI X S,et al.Quality control strategies for pit mud based on the synergistic effects of flavor,microorganisms and physicochemical factors[J].Foods,2025,14(19):3326.
[2] YAN S B,JIA Y L,ZHANG Q,et al.Bacterial diversity associated with volatile compound accumulation in pit mud of Chinese strong-flavor Baijiu pit[J].AMB Express,2023,13(1):3.
[3] 邹斐,叶力,冯亮,等.窖泥微生物多样性及窖泥评价与养护研究进展[J].食品科学,2024,45(16):320-328.ZOU F,YE L,FENG L,et al.Research progress on microbial diversity,evaluation and maintenance of Baijiu pit mud[J].Food Science,2024,45(16):320-328.
[4] 李学思,李绍亮,曹振华,等.窖池自然老熟过程中窖泥理化指标及产酒质量变化规律的研究[J].酿酒,2019,46(3):31-35.LI X S,LI S L,CAO Z H,et al.Study on the change of physicochemical indexes and quality of wine produced in pit mud during natural aging[J].Liquor Making,2019,46(3):31-35.
[5] 游玲,简晓平,范方勇,等.宜宾浓香型白酒产区窖泥生态监测[J].生物技术通报,2023,39(7):254-265.YOU L,JIAN X P,FAN F Y,et al.Ecological monitoring of pit mud in Yibin strong-fragrance Baijiu producing region[J].Biotechnology Bulletin,2023,39(7):254-265.
[6] 吴浪涛,丁文骏,谢专,等.不同时期窖泥理化因子、风味物质和细菌组成的相关性[J].微生物学通报,2022,49(3):1030-1047.WU L T,DING W J,XIE Z,et al.Characterization and correlation analysis of the bacterial composition,physicochemical properties and volatiles in Baijiu fermentation pit mud of different ages[J].Microbiology China,2022,49(3):1030-1047.
[7] HU X L,DU H,REN C,et al.Illuminating anaerobic microbial community and cooccurrence patterns across a quality gradient in Chinese liquor fermentation pit muds[J].Applied and Environmental Microbiology,2016,82(8):2506-2515.
[8] 毕天然,黄钧,张宿义,等.不同窖龄及位置窖泥微生物群落和代谢组分的差异[J].食品与发酵工业,2022,48(2):231-237.BI T R,HUANG J,ZHANG S Y,et al.Difference of the microbial community and metabolite in pit mud with different age and position[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(2):231-237.
[9] 孟雅静,王艳丽,丁峰,等.浓香型白酒新、老窖池分层池底窖泥菌群总氢代谢与乳酸含量之间的关系[J].食品科学,2021,42(18):171-177.MENG Y J,WANG Y L,DING F,et al.Relationship between microbial total hydrogen metabolism and lactic acid content in layered bottom pit muds from old and young pits used for the production of strong-flavor Baijiu[J].Food Science,2021,42(18):171-177.[10] 党喆,张永利,金成勇.凤型酒新老窖泥微生物多样性、理化指标及其相关性分析[J].酿酒科技,2024(10):80-85.DANG Z,ZHANG Y L,JIN C Y.Microbial diversity,physicochemical indexes and their correlation analysis of new and old pit mud of Fengxiang Baijiu[J].Liquor-Making Science &Technology,2024(10):80-85.
[11] ZHOU W,LIAO Z M,WU Z Y,et al.Analysis of the difference between aged and degenerated pit mud microbiome in fermentation cellars for Chinese Luzhou-flavor Baijiu by metatranscriptomics[J].Journal of the Science of Food and Agriculture 2021,101(11):4621-4631.
[12] 王艳丽,孟雅静,何宏魁,等.不同品质浓香型窖泥理化因子与细菌总量的相关性[J].食品与发酵工业,2019,45(3):89-94.WANG Y L,MENG Y J,HE H K,et al.Correlation between physicochemical factors and total bacterial count in different grades of Nongxiang flavored pit mud[J].Food and Fermentation Industries,2019,45(3):89-94.
[13] 刘梅,邓杰,谢军,等.基于微生物群落结构相关的窖泥品质理化指标的筛选[J].食品科学,2018,39(19):44-50.LIU M,DENG J,XIE J,et al.Screening of physicochemical quality indexes of pit mud based on correlation with microbial community structure[J].Food Science,2018,39(19):44-50.
[14] 于学健,郑佳,张哲,等.基于知识图谱的浓香型白酒酿造微生物可视化分析[J].食品与发酵工业,2024,50(7):389-399.YU X J,ZHENG J,ZHANG Z,et al.Visual analysis of strong-flavor Baijiu fermentation microorganisms based on mapping knowledge domain[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(7):389-399.
[15] CHEN L,LI Y Z,JIN L,et al.Analyzing bacterial community in pit mud of Yibin Baijiu in China using high throughput sequencing[J].PeerJ,2020,8:e9122-e00222.
[16] FANG G Y,CHAI L J,ZHONG X Z,et al.Comparative genomics unveils the habitat adaptation and metabolic profiles of Clostridium in an artificial ecosystem for liquor production[J].mSystems,2022,7(3):e0029722.
[17] 吴小丽,刘桂民,李新星,等.CCI多传感器组合土壤水分产品在青藏高原不同地区的适用性[J].土壤,2021,53(2):429-438.WU X L,LIU G M,LI X X,et al.Applicability assessment of multi-sensor CCI soil moisture products in different areas of Qinghai-Tibetan plateau[J].Soils,2021,53(2):429-438.
[18] 谷穗,李贵传,龙建,等.一种野外用土壤氮磷钾快速检测装置:中国,CN 202020877564.4[P].2020-12-15.GU H,LI G C,LONG J,et al.A rapid detection device for soil nitrogen,phosphorus and potassium for field use:China,CN 202020877564.4[P].2020-12-15.
[19] 陈成,张西良,张亚磊,等.栽培基质超亲水pH传感器测量误差影响因素分析与补偿[J].农业机械学报,2023,54(3):356-362.CHEN C,ZHANG X L,ZHANG Y L,et al.Influence and compensation of soilless culture substrates on pH value detection by using super-hydrophilic pH sensor[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2023,54(3):356-362.
[20] 郭新明,林德钰,陈伟.数能一体化能量自治无线传感器网络:机遇与挑战[J].传感技术学报,2023,36(8):1171-1183.GUO X M,LIN D Y,CHEN W.Energy sustainable wireless information and power transfer sensor networks:Opportunities and challenges[J].Chinese Journal of Sensors and Actuators,2023,36(8):1171-1183.
[21] 董成亮,冯秀娟,刘增源.土壤VOCs在线监测装置:中国,CN202210699382.6[P].2022-10-11.DONG C L,FENG X J,LIU Z Y.Soil VOCs online monitoring device:China,CN202210699382.6[P].2022-10-11.
[22] 刘念,彭奎,潘建军,等.浓香型白酒窖池价值评估体系研究(一):窖池的价值构成及影响因素[J].食品与发酵科技,2021,57(6):1-3.LIU N,PENG K,PAN J J,et al.Study on assessment system of strong flavor Baijiu fermentation pit:The value composition of pit and its influencing factors[J].Sichuan Food and Fermentation,2021,57(6):1-3.
[23] 田建平,朱敏,罗惠波,等.基于高光谱图像技术的窖泥水分预测模型建立的方法:中国,CN201910853788.3[P].2021-12-28.TIAN J P,ZHU M,LUO H B,et al.A method for establishing a moisture prediction model of pit mud based on hyperspectral image technology:China,CN201910853788.3[P].2021-12-28.
[24] 罗惠波,朱敏,黄丹,等.基于高光谱图像技术的窖泥总酸预测模型建立的方法:中国,CN201910854782.8[P].2021-12-28.LUO H B,ZHU M,HUANG D,et al.A method for establishing a prediction model of total acid in pit mud based on hyperspectral image technology:China,CN201910854782.8[P].2021-12-28.
[25] 郭立家,汤有宏,高家坤.白酒智能酿造生产管理系统构建的探讨[J].酿酒,2022,49(2):33-37.GUO L J,TANG Y H,GAO J K.Discussion on the construction of Baijiu intelligent brewing production management system[J].Liquor Making,2022,49(2):33-37.
[26] REN H W,LI Z J,ZHOU Q,et al.Multi-omics analysis of microbial spatiotemporal succession and metabolite differences in pit mud of varying cellar ages and spatial positions[J].Food Chemistry:X,2025,26:102287.
[27] JIAO K R,DENG B,SONG P,et al.The effects of iron-bearing minerals on the community diversity and physiological activity of prokaryotic microorganisms in pit mud used for strong-flavor Baijiu production[J].Foods,2025,14(11):1883.
[28] 刘治国,方超,张晓元,等.浓香型白酒窖泥理化因子、微生物群落、感官质量以及相关性研究进展[J].食品科学,2023,44(21):351-358.LIU Z G,FANG C,ZHANG X Y,et al.Research progress on physicochemical factors,microbial community and sensory quality of Nongxiangxing Baijiu pit mud and correlation among them[J].Food Science,2023,44(21):351-358.
[29] WANG Y,FEI Y L,TAO Y,et al.Assembly mechanisms and function features of prokaryotic communities in artificial pit mud related to soil type and inoculum[J].International Journal of Food Microbiology,2025,439:111232.
[30] LI Z H,ZHAO C,MAO Z Y,et al.Structure and metabolic function of spatiotemporal pit mud microbiome[J].Environmental Microbiome,2025,20(1):10.